KR20200024658A - 방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 그루브; 및 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 열충격부를 포함한다.
그루브는 압연방향을 따라 복수개 형성되고, 그루브와 상기 열충격부 간의 간격(D2)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배이고, 열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 3.0 배이다.

Description

방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법{GRAIN ORIENTED ELECTRICAL STEEL SHEET AND METHOD FOR REFINING MAGNETIC DOMAINS THEREIN}
방향성 전기강판 및 그 자구미세화 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 영구자구미세화법 및 일시자구미세화법을 조합하여, 철손을 개선함과 동시에 열충격량을 감소시킬 수 있는 방향성 전기강판 및 그의 자구미세화 방법에 관한 것이다.
방향성전기강판은 변압기 등의 전자기제품의 철심재료로 사용되기 때문에 기기기의 전력손실을 줄임으로써 에너지 변환효율을 향상시키기 위해서는 철심소재의 철손이 우수하고 적층 및 권취시 점적율이 높은 강판이 요구된다.
방향성 전기강판은 열연, 냉연 및 소둔공정을 통해 2차재결정된 결정립이 압연방향으로 {110}<001> 방향으로 배향된 집합조직(일명 "Goss Texture" 라고도 함)을 갖는 기능성 강판을 말한다.
방향성 전기강판의 철손을 낮추는 방법으로서, 자구미세화 방법이 알려져 있다. 즉 자구를 스크레치나 에너지적 충격을 주어서 방향성 전기강판이 가지고 있는 큰 자구의 크기를 미세화 시키는 것이다. 이 경우 자구가 자화되고 그 방향이 바뀔 때 에너지적 소모량을 자구의 크기가 컸을 때 보다 줄일 수 있게 된다. 자구미세화 방법으로는 열처리 후에도 개선효과 유지되는 영구자구미세화와 그렇지 않은 일시자구미세화가 있다.
회복 (Recovery)이 나타나는 열처리 온도 이상의 응력완화열처리 후에도 철손개선 효과를 나타내는 영구자구미세화 방법은 에칭법, 롤법 및 레이저법으로 구분할 수 있다. 에칭법은 용액 내 선택적인 전기화학반응으로 강판 표면에 홈(그루브, groove)을 형성시키기 때문에 홈 형상을 제어하기 어렵고, 최종 제품의 철손특성을 폭 방향으로 균일하게 확보하는 것이 어렵다. 더불어, 용매로 사용하는 산용액으로 인해 환경친화적이지 못한 단점을 갖고 있다.
롤에 의한 영구자구미세화방법은 롤에 돌기모양을 가공하여 롤이나 판을 가압함으로써 판 표면에 일정한 폭과 깊이를 갖는 홈을 형성한 후 소둔함으로써 홈 하부의 재결정을 부분적으로 발생시키는 철손 개선효과를 나타내는 자구미세화기술이다. 롤법은 기계가공에 대한 안정성, 두께에 따른 안정적인 철손 확보를 얻기 힘든 신뢰성 및 프로세스가 복잡하며, 홈 형성 직후(응력완화소둔전) 철손과 자속밀도 특성이 열화되는 단점을 갖고 있다.
레이저에 의한 영구 자구미세화 방법은 고출력의 레이저를 고속으로 이동하는 전기강판 표면부에 조사하고 레이저 조사에 의해 기지부의 용융을 수반하는 그루브(groove) 를 형성시키는 방법을 사용한다. 그러나, 이러한 영구 자구미세화 방법도 자구를 최소 크기로 미세화 시키기는 어렵다.
일시자구미세화의 경우 코팅된 상태에서 레이저를 가한 후 코팅을 한번 더 하지 않는 것에 현재 기술은 집중하고 있기 때문에 레이저를 일정 이상의 강도로 조사하려 하지 않는다. 일정 이상으로 가할 경우 코팅의 손상으로 인해 장력 효과를 제대로 발휘하기 어렵기 때문이다.
영구자구미세화의 경우 홈을 파서 정자기에너지를 받을 수 있는 자유전하 면적을 넓히는 것이기 때문에 최대한 깊은 홈 깊이가 필요하다. 물론 깊은 홈깊이로 인하여 자속밀도의 저하 등의 부작용 또한 발생한다. 그렇기 때문에 자속밀도 열화를 줄이기 위해서 적정 홈깊이로 관리하게 된다.
방향성 전기강판 및 그의 자구미세화 방법을 제공한다. 구체적으로, 영구자구미세화법 및 일시자구미세화법을 조합하여, 철손을 개선함과 동시에 열충격량을 감소시킬 수 있는 방향성 전기강판 및 그의 자구미세화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판은 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 그루브; 및 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 열충격부를 포함한다.
그루브 및 열충격부는 압연방향을 따라 복수개 형성되고, 그루브와 열충격부 간의 간격(D2)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배이다.
열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 3.0 배이다.
그루브 간의 간격(D1)이 2 내지 15mm이고, 그루브와 열충격부 간의 간격(D2)은 0.45 내지 7.5 mm이고, 열충격부 간의 간격(D3)은 2.5 내지 25mm 일 수 있다.
그루브 및 열충격부는 강판의 일면에 형성될 수 있다.
그루브는 강판의 일면에 형성되고, 열충격부는 강판의 타면에 형성될 수 있다.
열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.4 배일 수 있다.
열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 2 내지 2.8 배일 수 있다.
그루브의 깊이는 강판 두께의 3 내지 5%일 수 있다.
열충격부는 열충격부가 형성되지 않은 강판 표면과 10 내지 120의 비커스 경도(Hv) 차이를 가질 수 있다.
그루브의 하부에 형성된 응고합금층을 포함하고, 응고합금층은 두께가 0.1㎛ 내지 3㎛일 수 있다.
그루브의 상부에 형성된 절연피막층을 포함할 수 있다.
그루브 및 열충격부의 길이 방향과 압연방향은 75 내지 88°의 각도를 이룰 수 있다.
그루브 및 열충격부는 상기 강판의 압연 수직 방향을 따라 2개 내지 10개 단속적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 자구미세화 방법은 방향성 전기강판을 준비하는 단계; 방향성 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 선상의 그루브를 형성하는 단계; 및 방향성 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 선상의 열충격부를 형성하는 단계를 포함한다.
그루브를 형성하는 단계 및 열충격부를 형성하는 단계를 복수회 수행하여, 그루브 및 열충격부를 압연방향을 따라 복수개 형성하고, 그루브와 열충격부 간의 간격(D2)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배가 되고, 열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 3.0 배가 되도록 형성한다.
그루브를 형성하는 단계에서, 레이저의 에너지 밀도는 0.5 내지 2 J/mm2이고, 상기 열충격부를 형성하는 단계에서 레이저의 에너지 밀도는 0.02 내지 0.2 J/mm2일 수 있다.
그루브를 형성하는 단계에서, 상기 레이저의 강판 압연 수직 방향의 빔 길이가 50 내지 750㎛이고, 상기 레이저의 강판 압연 방향의 빔 폭이 10 내지 30 ㎛일 수 있다.
열충격부를 형성하는 단계에서, 상기 레이저의 강판 압연 수직 방향의 빔 길이가 1,000 내지 15,000 ㎛이고, 상기 레이저의 강판 압연 방향의 빔 폭이 80 내지 300 ㎛일 수 있다.
강판의 표면에 절연 피막층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그루브를 형성하는 단계 이후, 강판의 표면에 절연 피막층을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
강판의 표면에 절연 피막층을 형성하는 단계 이후, 열충격부를 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 영구자구미세화법 및 일시자구미세화법을 조합하여, 철손을 개선함과 동시에 열충격량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 영구자구미세화법 및 일시자구미세화법을 조합하여, 자구를 최소 크기로 미세화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 영구자구미세화법 및 일시자구미세화법을 조합하여, 절연 코팅층의 손상을 최소화함으로써, 내식특성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 단면(TD면)의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 압연면(ND면)의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 단면(TD면)의 모식도이다.
도 4은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 압연면(ND면)의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 그루브의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 빔의 형상을 나타낸 모식도이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 의해 자구미세화된 방향성 전기강판(10)의 모식도를 나타낸다.
도 1 및 도 2에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판(10)은 전기강판의 일면(11) 또는 양면(11, 12)에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 그루브(20); 및 전기강판의 일면(11) 또는 양면(11, 12)에, 압연방향과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 열충격부(30)를 포함한다.
그루브(20) 및 열충격부(30)는 압연방향을 따라 복수개 형성되고, 그루브(20)와 열충격부(30) 간의 간격(D2)은 그루브(20) 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배이고, 열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 3.0 배이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 그루브(20) 및 열충격부(30)를 동시에 형성하여, 자구를 최소 크기로 미세화시킬 수 있고, 그 결과 철손을 개선할 수 있다. 레이저로 그루브(20)를 형성시 쇳가루가 발생할 만큼 강한 에너지가 집속되기 때문에 부근의 온도는 매우 높이 상승하게 된다. 이 부근에 열충격부(30) 형성을 위한 레이저를 조사하게 되면, 그루브(20) 주변부는 열을 받게 되고 냉각시 열 수축이 일어나게 된다. 열 수축으로 인해서 강판(10)에 인장응력이 작용하게 된다. 결과적으로 이러한 장력은 자구의 크기를 감소시키게 된다. 또한, 그루브(20) 형성으로 인해 발생된 자유면은 폐곡선을 만들기 위해서 정자기 에너지적 표면 전하를 생성하게 되고, 다른 기작에 의한 두 효과가 동시에 형성되고, 두 가지 효과의 시너지로 철손이 추가로 감소하게 된다.
특히, 그루브(20)를 형성하여, 열충격부(30)의 다량 형성으로 인한 열충격을 감소시킬 수 있고, 열충격부(30)를 형성하여, 절연 코팅층(50)의 손상을 방지하여 내식특성을 극대화할 수 있다.
도 1에서는 그루브(20) 간의 간격을 D1으로 표시하였고, 그루브(20)와 열충격부(30) 간의 간격을 D2로 표시하였고, 열충격부(30) 간의 간격을 D3로 표시하였다.
도 1과 같이, 복수의 그루브(20) 및 복수의 열충격부(30)가 형성된 경우, 임의의 그루브(20) 및 그 임의의 그루브(20)와 가장 가까운 그루브(20)를 그루브 간의 간격(D1)으로 정의한다. 또한, 임의의 열충격부(30)와 가장 가까운 그루브(20)를 열충격부와 그루브 간의 간격(D2)로 정의한다. 또한, 임의의 열충격부(30)와 가장 가까운 열충격부(30)를 열충격부 간의 간격(D3)로 정의한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 그루브(20) 및 열충격부(30)에 압연방향(RD방향)으로 두께가 존재하므로, 그루브(20) 중심선과 열충격부(30)의 중심선을 기준으로 간격을 정의한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 그루브(20) 및 열충격부(30)는 실질적으로 평행하나, 평행하지 않은 경우, 가장 가까운 위치를 간격으로 본다. 또한, 복수의 그루브(20) 및 복수의 열충격부(30)가 형성된 경우, 각각의 간격(D1, D2, D3)의 평균 값, 즉 간격(D1, D2, D3)의 총합을 전체 개수로 나눈 값이 전술한 범위를 만족할 수 있다.
그루브(20)와 열충격부(30) 간의 간격(D2)은 그루브(20) 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배이다. 그루브(20)와 열충격부(30) 간의 간격(D2)은 그루브(20) 간의 간격(D1)을 적절히 제어함으로써, 단위 면적 내에 형성되는 스파이크 도메인의 밀도를 극대화하여 철손 개선 효과를 극대화 할 수 있다. 더욱 구체적으로 그루브(20)와 열충격부(30) 간의 간격(D2)은 그루브(20) 간의 간격(D1)의 0.22 내지 0.3 배이다.
도 1에서는 그루브(20) 사이에 열충격부(30)가 한 개 형성된 경우, 즉 D3/D1이 1인 경우를 나타내었으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로 열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 3.0 배이다.
열충격부 간의 간격(D3)이 너무 클 경우, 의도한 철손의 추가 감소 효과 보다는 오히려 좋지 않은 자구 (자구 이동을 원활히 할 수 있는 스파이크 자구 형성이 되지 않아)를 만들어 철손 감소를 저해하는 요소가 될 수 있다. 열충격부 간의 간격(D3)이 너무 작을 경우, 스파이크 자구형성에 의한 자구이동 용이성에도 불구하고 철손 개선 효과를 확보할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
더욱 구체적으로, 그루브 간의 간격(D1)은 2 내지 15 mm이고, 그루브와 열충격부 간의 간격(D2)은 0.45 내지 7.5mm이고, 열충격부 간의 간격(D30)는 2.5 내지 25mm일 수 있다.
간격(D1, D2, D3)가 너무 클 경우, 의도한 철손의 추가 감소 효과 보다는 자구 이동을 원활히 할 수 있는 스파이크 자구 형성이 되지 않아 철손 감소를 저해하는 요소가 될 수 있다. 간격(D1, D2, D3)가 너무 작을 경우, 스파이크 자구형성에 의한 자구이동 용이성에도 불구하고 레이저 조사에 의한 열영향부가 너무 커서 철손 개선 효과를 확보할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
그루브 간의 간격(D1) 및 열충격부 간의 간격(D3)는 전체 전기강판 내에서 그 간격이 일정할 수 있다. 구체적으로 전체 전기강판 내의 모든 그루브 간의 간격(D1) 및 열충격부 간의 간격(D3)이 평균 그루브 간의 간격(D1) 및 평균 열충격부 간의 간격(D3)의 10% 이내에 해당할 수 있다. 더욱 구체적으로 1% 이내에 해당할 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 그루브(20) 및 열충격부(30)가 강판의 일면(11)에 형성된 것을 나타내었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 도 3에서 나타나듯이, 그루브(20)는 강판의 일면(11)에 형성되고, 열충격부(30)는 강판의 타면(12)에 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 그루브(20)와 열충격부(30)의 간격(D2)은 그루브(20)를 강판의 두께 중심을 대칭으로 하여, 타면에 투영한 가상의 선을 기준으로, 그 가상의 선과 열충격부(30)의 간격(D2)으로 정의한다. 열충격부(30)를 타면(12)에 형성하는 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에서 설명한 것과 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
도 1 내지 도 3에서는 그루브 간의 간격(D1) 내에 1개의 열충격부(30)가 형성되는 것 즉, D3/D1이 약 1인 예를 나타내었으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예컨데, 도 4에서 나타나듯이, D3/D1이 1보다 작은 경우도 가능하다. 더욱 구체적으로 열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배일 수 있다. 이 경우, 전술한 것과 같이, 각각의 간격(D1, D2)의 평균 값이 전술한 범위를 만족할 수 있다. 더욱 구체적으로 그루브(20)와 열충격부(30) 간의 간격(D2)은 그루브(20) 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.4 배가 될 수 있다. 예컨데, 그루브 간의 간격(D1) 내에 4개의 열충격부(30)가 형성(D3/D1이 0.25)되고, 각각의 간격(D2)가 D1의 0.25배, 0.5배, 0.25배, 0배인 경우, 계산되는 평균 D2는 D1의 0.25배이다.
또한, 반대로 D3/D1이 1보다 큰 경우도 가능하다. 더욱 구체적으로 열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 2 내지 2.8 배일 수 있다.
도 1에 나타나듯이, 그루브(20)는 강판의 표면 일부가 레이저 조사에 의해 제거된 부분을 의미한다. 도 1에서는 그루브(20)의 형상이 쐐기형으로 표현되어 있으나, 이는 일 예에 불과하고, 사각형, 사다리꼴형, U자형, 반원형, W형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 그루브(20)의 모식도를 나타낸다. 그루브(20)의 깊이(HG)는 강판 두께의 3 내지 5%일 수 있다. 그루브의 깊이(HG)가 너무 얕으면, 적절한 철손 개선효과를 얻기 어렵다. 그루브의 깊이(HG)가 너무 깊으면, 강한 레이저 조사로 인하여 강판(10)의 조직 특성을 크게 변화시키거나, 다량의 힐업 및 스패터를 형성하여 자성을 열화시킬 수 있다. 따라서 전술한 범위로 그루브(20)의 깊이를 제어할 수 있다.
도 5에 나타나듯이, 그루브(20)의 하부에 형성된 응고합금층(40)을 포함하고, 응고합금층(40)은 두께가 0.1㎛ 내지 3㎛일 수 있다. 응고합금층(40)의 두께를 적절히 제어함으로써, 2차 재결정 형성에는 영향을 미치지 않고 최종 절연코팅 후 홈 부에 스파이크 도메인(spike domain)만을 형성하게 한다. 응고합금층(40) 두께가 너무 두꺼우면, 1차 재결정시 재결정에 영향을 미치기 때문에 2차 재결정 소둔 후 2차 재결정의 고스 집적도가 열위함으로 2차 재결정 강판에 레이저 조사를 실시하여도 철손개선효과 특성을 확보하지 못할 수 있다. 응고합금층은 평균 입경이 1 내지 10㎛인 재결정을 포함하며, 다른 강판 부분과 구분된다.
도 5에 나타나듯이, 그루브(20)의 상부에는 절연피막층(50)이 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4에서는 그루브(20) 및 열충격부(30)의 길이 방향과 압연방향(RD방향)이 직각을 형성하는 것으로 나타나 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 그루브(20) 및 열충격부(30)의 길이 방향과 압연방향은 75 내지 88°의 각도를 이룰 수 있다. 전술한 각도를 형성할 시, 방향성 전기강판의 철손을 개선하는 데에 기여할 수 있다.
도 2 및 도 4에서는 그루브(20) 및 열충격부(30)가 압연 수직 방향(TD방향)을 따라 연속적으로 형성된 것으로 나타나 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨데, 그루브(20) 및 열충격부(30)는 강판의 압연 수직 방향(TD방향)을 따라 2개 내지 10개 단속적으로 형성될 수 있다. 이처럼 단속적으로 형성할 시, 방향성 전기강판의 철손을 개선하는 데에 기여할 수 있다.
열충격부(30)는 그루브(20)와는 달리 외관상으로는 다른 강판 표면과 구별할 수 없다. 열충격부(30)는 염산 농도 5%이상에서 10분 이상 침지시 홈형태로 식각되는 부분으로서, 다른 강판 표면 부분과 구별이 가능하다. 또는 열충격부(30)는 그루브(20)나 열충격부(30)가 형성되지 않은 강판 표면과 10 내지 120의 비커스 경도(Hv) 차이를 갖는 점에서 구별이 가능하다. 이 때, 경도 측정 방법은 나노인덴터에 의한 미소경도로 열충격부와 열충격을 받지 않는 부위의 경도를 측정할 수 있다. 즉, 나노 비커스 경도(Hv)를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 자구미세화 방법은 방향성 전기강판(10)을 준비하는 단계; 방향성 전기강판(10)의 일면 또는 양면에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 그루브(20)를 형성하는 단계; 및 방향성 전기강판(10)의 일면 또는 양면에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 열충격부(30)를 형성하는 단계를 포함한다.
먼저 방향성 전기강판(10)을 준비한다. 본 발명의 일 실시예에서는 자구미세화 방법 및 형성되는 그루브(20) 및 열충격부(30)의 형상에 그 특징이 있는 것으로서, 자구미세화의 대상이 되는 방향성 전기강판은 제한 없이 사용할 수 있다. 특히, 방향성 전기강판의 합금 조성과는 관계 없이 본 발명의 효과가 발현된다. 따라서, 방향성 전기강판의 합금 조성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 방향성 전기강판은 슬라브로부터 열간 압연 및 냉간 압연을 통해 소정의 두께로 압연된 방향성 전기강판을 사용할 수 있다.
다음으로, 방향성 전기강판의 일면(11)에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 그루브(20)를 형성한다.
이 때, 레이저의 에너지 밀도(Ed)는 0.5 내지 2J/mm2일 수 있다. 에너지 밀도가 너무 작은 경우, 적절한 깊이의 그루브(20)가 형성되지 않고, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다. 반대로 에너지 밀도가 너무 큰 경우에도, 너무 두꺼운 깊이의 그루브(20)가 형성되어, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다.
도 6에서는 레이저 빔의 형상에 대한 모식도를 나타내었다. 그루브를 형성하는 단계에서, 레이저의 강판 압연 수직 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 50 내지 750 ㎛일 수 있다. 압연 수직 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 너무 짧으면, 레이저가 조사되는 시간이 너무 짧아, 적절한 그루브를 형성할 수 없고, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다. 반대로 압연 수직 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 너무 길면, 레이저가 조사되는 시간이 너무 길어, 너무 두꺼운 깊이의 그루브(20)가 형성되어, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다.
레이저의 강판 압연 방향(RD방향)의 빔 폭(W)는 10 내지 30㎛일 수 있다. 빔 폭(W)이 너무 짧거나 길면, 그루브(20)의 폭이 짧거나 길어지고, 적절한 자구 미세화 효과를 얻을 수 없게 될 수 있다.
도 6에서는 빔 형상을 타원형으로 나타내었으나, 구형, 혹은 직사각형 등 형상의 제한을 받지 않는다.
레이저로는 1kW 내지 100 kW 출력을 갖는 레이저를 사용할 수 있으며, Gaussian Mode, Single Mode, Fundamental Gaussian Mode의 레이저를 사용할 수 있다. TEMoo 형태 빔이며, M2값은 1.0 내지 1.2 범위 값을 가질 수 있다.
다음으로, 방향성 전기강판(10)의 일면 또는 양면에, 압연방향(RD방향)과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 열충격부(30)를 형성한다.
전술한, 그루브(20)를 형성하는 단계 및 열충격부(30)를 형성하는 단계는 시간 선, 후의 제한 없이, 수행될 수 있다. 구체적으로, 그루브(20)를 형성하는 단계 이후, 열충격부(30)를 형성할 수 있다. 또한 열충격부(30)를 형성하는 단계 이후, 그루브(20)를 형성할 수 있다. 또한, 그루브(20) 및 열충격부(30)를 동시에 형성하는 것도 가능하다.
열충격부(30)를 형성하는 단계에서, 레이저의 에너지 밀도(Ed)는 0.02 내지 0.2 J/mm2일 수 있다. 에너지 밀도가 너무 작은 경우, 적절한 열충격부(30)가 형성되지 않고, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다. 반대로 에너지 밀도가 너무 큰 경우, 강판 표면이 손상되어, 철손 개선 효과를 얻기 어렵다.
열충격부(30)를 형성하는 단계에서, 레이저의 강판 압연 수직 방향(TD방향)의 빔 길이(L)가 1,000 내지 15,000 ㎛이고, 레이저의 강판 압연 방향(RD방향)의 빔 폭(W)이 80 내지 300 ㎛일 수 있다.
그루브(20) 및 열충격부(30)의 형상에 대해서는 전술한 것과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방향성 전기강판의 자구미세화 방법은 절연 피막층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 절연 피막층을 형성하는 단계는 방향성 전기강판을 준비하는 단계 이후, 그루브를 형성하는 단계 이후, 또는 열충격부를 형성하는 단계 이후에 포함될 수 있다. 더욱 구체적으로 그루브를 형성하는 단계 이후 포함될 수 있다. 그루브를 형성한 이후, 절연 피막층을 형성할 시, 절연코팅을 1회만 진행하여도 된다는 점에서 장점이 있다. 절연 피막층을 형성한 이후, 열충격부를 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 열충격부의 경우, 절연 피막층에 손상을 가하지 않으므로, 절연 코팅층의 손상을 최소화함으로써, 내식특성을 극대화할 수 있다.
절연 피막층을 형성하는 방법은 특별히 제한 없이 사용할 수 있으며, 일예로, 인산염을 포함하는 절연 코팅액을 도포하는 방식으로 절연 피막층을 형성할 수 있다. 이러한 절연 코팅액은 콜로이달 실리카와 금속인산염을 포함하는 코팅액을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때 금속인산염은 Al 인산염, Mg 인산염, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 절연 코팅액의 중량 대비 Al, Mg, 또는 이들의 조합의 함량은 15 중량% 이상일 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1 : 그루브 및 열충격부의 간격
냉간압연한 두께 0.30mm의 방향성 전기강판을 준비하였다. 이 전기강판에 1.0kW의 Gaussian mode의 연속파 레이저를 조사하여, RD방향과 86° 각도의 그루브를 형성하였다. 레이저 빔의 폭(W)는 20㎛ 이고, 레이저 빔의 길이(L)는 600㎛이다. 레이저의 에너지 밀도는 1.5 J/mm2, 그루브의 깊이는 12㎛였다.
하기 표 1에 정리된 그루브 간의 간격(D1)으로 그루브를 형성하고, 절연 피막을 형성하였다.
이후, 전기강판에 1.0kW의 Gaussian mode의 연속파 레이저를 조사하여, 열충격부를 형성하였다. 레이저 빔의 폭(W)는 200㎛ 이고, 레이저 빔의 길이(L)는 10,000㎛이다. 레이저의 에너지 밀도는 0.16J/mm2였다.
하기 표 1에 정리된 그루브 및 열충격부 간의 간격(D2) 및 열충격부 간의 간격(D3)으로 열충격부를 형성하였으며, 이를 표 1에 정리하였다.
하기 표 1에 철손 개선율 및 자속밀도 열화율을 표시하였다. 철손 개선율은 레이저를 조사하여 그루브를 형성한 후의 전기강판의 철손(W1)과 레이저를 조사하여 열충격부를 형성한 후 철손(W2)을 측정하여 (W1 - W2)/W1으로 계산하였다. 자속 밀도 열화율은 레이저를 조사하여 그루브를 형성한 후의 전기강판의 자속밀도(B1)과 레이저를 조사하여 열충격부를 형성한 후 자속밀도(B2)을 측정하여 (B1 - B2)/B1으로 계산하였다. 철손은 자속밀도의 값이 1.7 Telsa 일 때 주파수가 50Hz인 경우의 철손 값(W17/50)으로 측정하였다. 자속밀도는 자화력 800A/m에서의 자속 밀도인 경우의 자속밀도 값(B8)로 측정하였다.
그루브 간 간격(D1, mm) 그루브 및 열충격부 간 간격(D2, mm) 열충격부 간 간격(D3, mm) D2/D1
(평균)		 D3/D1
(평균)		 철손
개선율
(%)		 자속밀도
열화율(%)
실시예 1 2 0.52 5.6 0.26 2.8 8.5 0
실시예 2 4 1.04 11.2 0.26 2.8 7.5 0
실시예 3 6 1.48 16.8 0.26 2.8 7.0 0
실시예 4 8 2 20.4 0.25 2.55 5.6 0
실시예 5 10 2.5 22.3 0.25 2.23 3.6 0
실시예 6 10 2.5 11.8 0.25 1.18 4.2 0
실시예 7 10 2.5 11.3 0.25 1.13 4.6 0
실시예 8 10 2.6 8.0 0.26 0.8 4.9 0
비교예 1 10 없음 없음 없음 없음 0.0 0
비교예 2 10 1.5 10 0.15 1.0 -1.2 1.5
비교예 3 10 2.5 35 0.25 3.5 -0.5 -1.3
표 1에서 나타나는 것과 같이, 열충격부를 형성하지 않은 비교예 1 및 D2/D1이 0.15인 비교예 2는 실시예에 비해 철손 개선율 및 자속밀도 열화율이 열위한 것을 확인할 수 있다.
실험예 2 : D3/D1이 0.5 이하인 경우
실험예 1과 동일하게 실시하되, D3/D1이 0.5 이하가 되도록, 그루브 사이에 열충격선을 다수 개 형성하였다. 그루브 간의 간격(D1)은 10mm로 고정하였다.
열충격부 간 간격(D3, mm) 그루브 및 제1 열충격부 간 간격(D2, mm) 그루브 및 제2 열충격부 간 간격(D2, mm) 그루브 및 제3 열충격부 간 간격(D2, mm) 그루브 및 제4 열충격부 간 간격(D2, mm) D2/D1
(평균)		 철손 개선율
(%)		 자속밀도 열화율(%)
실시예 9 5.0 5.0 0 - - 0.25 5.5 0
실시예 10 3.33 3.33 3.33 0 - 0.22 6.5 0
실시예 11 2.5 2.5 5.0 2.5 0 0.25 7.5 0
표 2에서 나타나는 것과 같이, D3/D1이 0.2 내지 0.4 인 경우, 0.5 인 경우에 비해, 철손 개선율 및 자속밀도 열화율이 개선됨을 확인할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 방향성 전기강판, 11: 강판의 일면,
12: 강판의 타면, 20 : 그루브,
30 : 열충격부, 40: 응고합금층,
50 : 절연피막층

Claims (19)

  1. 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 그루브; 및
    상기 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 형성된 선상의 열충격부를 포함하고,
    상기 그루브 및 상기 열충격부는 압연방향을 따라 복수개 형성되고,
    상기 그루브와 상기 열충격부 간의 간격(D2)은 상기 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배이고, 상기 열충격부 간의 간격(D3)은 상기 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 3.0 배인 방향성 전기강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그루브 간의 간격(D1)이 2 내지 15 mm이고, 상기 그루브와 상기 열충격부 간의 간격(D2)은 0.45 내지 7.5mm이고, 열충격부 간의 간격(D3)은 2.5 내지 25mm 인 방향성 전기강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그루브 및 상기 열충격부는 강판의 일면에 형성되는 방향성 전기강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그루브는 강판의 일면에 형성되고, 상기 열충격부는 강판의 타면에 형성되는 방향성 전기강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열충격부 간의 간격(D3)은 상기 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.4 배인 방향성 전기강판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열충격부 간의 간격(D3)은 상기 그루브 간의 간격(D1)의 2 내지 2.8 배인 방향성 전기강판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 그루브의 깊이는 강판 두께의 3 내지 5%인 방향성 전기강판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열충격부는 상기 열충격부가 형성되지 않은 강판 표면과 10 내지 120의 비커스 경도(Hv) 차이를 갖는 방향성 전기강판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 그루브의 하부에 형성된 응고합금층을 포함하고, 상기 응고합금층은 두께가 0.1㎛ 내지 3㎛인 방향성 전기강판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 그루브의 상부에 형성된 절연피막층을 포함하는 방향성 전기강판.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그루브 및 열충격부의 길이 방향과 상기 압연방향은 75 내지 88°의 각도를 이루는 방향성 전기강판.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 그루브 및 상기 열충격부는 상기 강판의 압연 수직 방향을 따라 2개 내지 10개 단속적으로 형성된 방향성 전기강판.
  13. 방향성 전기강판을 준비하는 단계;
    상기 방향성 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 선상의 그루브를 형성하는 단계; 및
    상기 방향성 전기강판의 일면 또는 양면에, 압연방향과 교차하는 방향으로 레이저를 조사하여, 선상의 열충격부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 그루브를 형성하는 단계 및 상기 열충격부를 형성하는 단계를 복수회 수행하여, 상기 그루브 및 상기 열충격부를 압연방향을 따라 복수개 형성하고,
    상기 그루브와 상기 열충격부 간의 간격(D2)은 상기 복수개의 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 0.5 배가 되고, 열충격부 간의 간격(D3)은 그루브 간의 간격(D1)의 0.2 내지 3.0 배가 되도록 형성하는 방향성 전기강판의 자구미세화 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 레이저의 에너지 밀도는 0.5 내지 2 J/mm2이고, 상기 열충격부를 형성하는 단계에서 상기 레이저의 에너지 밀도는 0.02 내지 0.2 J/mm2인 방향성 전기강판의 자구미세화 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 단계에서, 상기 레이저의 강판 압연 수직 방향의 빔 길이가 50 내지 750㎛이고, 상기 레이저의 강판 압연 방향의 빔 폭이 10 내지 30㎛인 방향성 전기강판의 자구미세화 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 열충격부를 형성하는 단계에서, 상기 레이저의 강판 압연 수직 방향의 빔 길이가 1,000 내지 15,000 ㎛이고, 상기 레이저의 강판 압연 방향의 빔 폭이 80 내지 300 ㎛인 방향성 전기강판의 자구미세화 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 강판의 표면에 절연 피막층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방향성 전기강판의 자구미세화 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 그루브를 형성하는 단계 이후, 상기 강판의 표면에 절연 피막층을 형성하는 단계를 수행하는 방향성 전기강판의 자구미세화 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 강판의 표면에 절연 피막층을 형성하는 단계 이후, 상기 열충격부를 형성하는 단계를 수행하는 방향성 전기강판의 자구미세화 방법.
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